宇宙中是否真正存在高維空間?高維空間是一種物理學(xué)理論。據(jù)90年代提出的M理論(超弦理論的一種),宇宙是十一維的,由震動的平面構(gòu)成的。在愛因斯坦那里,宇宙
弦理論或者M(jìn)理論認(rèn)為宇宙是高維度的,比如說十維度甚至更高的維度,但不管是弦理論還是M理論更多的也只是猜想推測罷了,無法得到證實!
我們所在的宇宙是四維時空結(jié)構(gòu),三維空間+時間。有很多人認(rèn)為既然我們身處三維空間,那么我們就應(yīng)該能輕而易舉地掌控二維空間里的一切,但事實情況是我們連二維空間是否真的存在都不知道!
很多人認(rèn)為二維就是平面,但現(xiàn)實中二維真的存在嗎?沒有人能給出讓人信服的答案。而二維,三維自己多維的概念更多的也只是存在數(shù)學(xué)概念里,而數(shù)學(xué)與物理和現(xiàn)實并不完全等同,數(shù)學(xué)只是我們認(rèn)知世界的工具而已!
四維空間被認(rèn)為是有一個維度同時垂直于三維空間里的長寬高三和維度,但這樣的維度在哪里呢?我們只能假設(shè)它的存在,甚至我們連想象都想象不到這樣的維度!
就好像假設(shè)真的存在二維世界,那里的生命無論如何也想象不到我們?nèi)S世界里的具體存在方式,他們甚至?xí)J(rèn)為自己所在的世界就是“三維世界”!
所以,宇宙中存在高維空間嗎?科學(xué)角度分析,不存在,因為這樣的觀點是“不可證偽的”,而科學(xué)的一大特性就是可證偽的!當(dāng)然很多人寧愿相信存在高維度空間,因為我們需要奇跡,渴望奇跡!
誠謝邀請。 高維空間是懇定存在的。僅管目前我們還沒有能力證明它的存在,但隨著高科技手段不斷向前發(fā)展,己經(jīng)揭示出許多以前我們沒有認(rèn)識到的新生事物。
我們生活在一個真實的大千世界里。然而,在我們認(rèn)為真實的背后,完全是一大堆假象。揭示破解假象,認(rèn)識真正事物本身。就突破了我們這層空間,進(jìn)入高維空間。
什么是維度和空間呢?首先要從意識形態(tài)上說起。一只小狗在玩耍皮球,皮球不慎滾落到樹洞里不見了,這在小狗的意識當(dāng)中皮球消失了。然而在人意象當(dāng)中,皮球仍在樹洞里,并想象出皮球在樹洞里的位置。這就是人,可以突破維度的先決條件。
在宇宙中,也道處存在著假象。比如我們常常提到的蟲洞現(xiàn)象,就是一個鮮明的例子。我們?nèi)祟愒谟^測宇宙某一天體的時候,常說這個天體的距離,離我們多少多少萬光年。其實天體離我們的真實距離未必這么遠(yuǎn),甚至說非常非常近,與地球擦肩而過我們都不知道。這是為什么呢?
根據(jù)廣義相對論理解,我們觀察認(rèn)何物體都是通過光的渠道來完成。光線在空間傳輸過程當(dāng)中,遇到強(qiáng)大天體引力的時侯,光線會在引力的作用下彎曲。光線引領(lǐng)著我們繞路。假如飛船能夠擺脫外來天體引力,走直線的話,那就是進(jìn)入了蟲洞效應(yīng)。會大大地減少旅行路程。
就如同螞蟻鉆進(jìn)蟲洞,從一頭走到另一頭,要比繞蘋果走一周近得多,擺脫孤線走直線。這就是說,高維度空間其實離我們很近,可以說每天和我們?nèi)缬半S形。就因為我們沒有突破某種效應(yīng)的手段,才對身邊未知事物默然不知。
我們占在宇宙角度看地球,地球只不過是星空當(dāng)中的一粒砂子。就在這一粒砂子表面,包含著我們這個大千世界。大千世界當(dāng)中的一粒砂子,是否還包含著另一個大千世界。宇宙本來就其大無外,其小無內(nèi)。微宏觀無窮盡。可以說高維空間無處不在。來源于四面八方。
只要我們找準(zhǔn)座標(biāo),并突破設(shè)立一個個座標(biāo),人生未解之迷將逐步被解開。本人文化水平一般,所述觀點未必準(zhǔn)確。有不足之處,希望朋友指出,并留下您的觀點。謝了。
答:目前以有相關(guān)理論,在數(shù)學(xué)上支持高維空間的說法;但是在實際當(dāng)中,還無法驗證高維空間的存在。
我們一般說的空間是指三維空間,包含了上下、左右和前后三個維度;至于更高的維度,人類是無法感知到的,甚至有沒有高緯度存在,目前都無法下定論。
在經(jīng)典力學(xué)、量子力學(xué)和相對論力學(xué)體系中,都沒有對空間的維度做限制;也就是說,把這些理論應(yīng)用在更高的維度中時,理論也是成立的。
而在上世紀(jì)末,發(fā)展起來的一個非常前沿的理論——超弦理論,就認(rèn)為我們宇宙由“十維的空間+一維的時間”組成,但是空間的七個維度被蜷曲在普朗克尺度,只有三個維度的空間在宇宙大爆炸時展開了。
關(guān)于超弦理論“十一維時空”的說法,是超弦理論的直接推論,超弦理論要求我們宇宙具有十一個維度,否則超弦理論將無法自洽,這是超弦理論與傳統(tǒng)理論最大的不同之處。
以目前的技術(shù)條件,還無法對超弦理論進(jìn)行驗證;但是關(guān)于高維空間的猜想,還是有一些物理現(xiàn)象對此有暗示,比如:
(1)現(xiàn)代天文學(xué)認(rèn)為,我們宇宙是有限無邊的,假如這個模型成立,或許就暗示著我們宇宙還存在更高的維度;因為更高維度對我們的三維空間的投影,得到的三維空間就是有限無邊的;
(2)科學(xué)家已經(jīng)證實,量子力學(xué)是非定域性的,或許量子力學(xué)的這一性質(zhì),暗示著我們宇宙存在更高的維度,量子力學(xué)的定域性或許能在高緯度下得到全新的解釋;
(3)數(shù)學(xué)中已經(jīng)證明的卡拉比猜想,由我國著名數(shù)學(xué)家丘成桐完成證明;從而證實了六個維度的卡拉比-丘成桐空間在數(shù)學(xué)上是存在的,或許也暗示著我們宇宙存在這樣高度蜷曲的空間。
當(dāng)然,以上三點針對高維空間的存在性,只是給出了一些暗示,并沒有真正證明其存在性。
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以目前的理論和實驗結(jié)果來看,只能夠推測宇宙可能是高維的,但是不能完全證實。
多維宇宙的思想來源于弦理論,弦理論是為了解決四大基本作用力的統(tǒng)一而被提出的一種大統(tǒng)一理論,當(dāng)然,弦理論還有望能夠?qū)崿F(xiàn)解決相對論和量子理論的兼容性問題?梢哉f,弦理論是最有望成為萬物理論的一種理論。但是,弦理論的成立,必須有一個必要條件:即宇宙是高維的,至少得有10維存在。之后,在弦理論的基礎(chǔ)上科學(xué)家又提出來膜理論,膜理論把宇宙的緯度進(jìn)一步的精確化,即認(rèn)為宇宙是11維的。出來我們生活的四維時空外,其余7維被高度蜷曲,以至于人們無法觀察到它們的存在。
弦理論雖然可以很好的解釋現(xiàn)在物理學(xué)的某些基本現(xiàn)象,但是卻沒有做出一些可以證實的預(yù)言,即便它預(yù)言存在超粒子,遺憾的是到目前都沒有被證實這些預(yù)言。如果未來有一天,人們科技水平足夠發(fā)展了,或許可以驗證一下弦理論的真假。
既然弦理論還是一種推測性理論,那么尤其推測的多維空間問題,則仍是一個猜想。不過,現(xiàn)在你既不能證明弦理論是錯誤的,也不能證明弦理論是真確的,那么,多維空間的存在與否,怎么說都可以。
所以,霍金大大是支持多維空間的,他甚至提出,四大基本力中的引力是唯一可以滲透到高維空間的力,而我們現(xiàn)在所提出的占宇宙物質(zhì)90%以上的暗物質(zhì),可能就是高維空間中存在的物質(zhì)對我們空間物質(zhì)產(chǎn)生的一種引力效應(yīng)而已:科學(xué)家發(fā)現(xiàn),以宇宙現(xiàn)有的物質(zhì)產(chǎn)生的引力,其不足以維持宇宙的結(jié)構(gòu)和星系的完整性,必須有一種可以產(chǎn)生額外引力的物質(zhì)存在以維持平衡,這種物質(zhì)就是暗物質(zhì)。而我們的霍金大大,則更是腦洞大開的把它們歸為“高維空間的物質(zhì)”。
所以說,高維空間的存在與否,還需要驗證。
宇宙中是否真正存在高維空間?
我們認(rèn)為我們是處于三維空間(即長寬高)中,這也符合人們的感官體驗。閔可夫斯基和愛因斯坦把時間看成一維特殊的空間,認(rèn)為宇宙是一個四維時空。而題目中所說高維空間應(yīng)該就是指大于四維的空間。實際上宇宙空間復(fù)雜地很,維度只不過是人們?yōu)榱搜芯渴挛锒橄蟪鰜淼母拍,而并非真實存在的東西。所謂的高維也是人們對復(fù)雜空間的一種抽象預(yù)期,不管是一維、二維、三維還是高維都是用于描世物質(zhì)世界的概念而非物質(zhì)空間本身,可現(xiàn)在人們卻用我們意識里的一個概念來代替客觀宇宙時空,主宰宇宙變化規(guī)律,希望看到“高維”空間或進(jìn)入“高維”空間旅行,豈不本未倒置?所謂的幾維空間是個不太精確的說法,空間只有平直和彎曲之分、簡單和復(fù)雜之分、絕對和相對之分、普遍和特殊之分,而沒有幾維之分。宇宙只有“三維空間”或“四維時空”(為了講明這個問題,我們在這里還是借用維度概念。),并沒有一維空間和二維空間,也沒有四維以上的空間。當(dāng)然也就不會存在一維生物、二維生物和高維生物,這些維只能存在于抽象的數(shù)學(xué)中,而不會存在于物質(zhì)世界。
人們常常把螞蟻說成是二維生物,而把蟲子說成是三維生物,原因就是螞蟻只會沿著蘋果外表面爬行到目的地,而蟲子卻能從蘋果內(nèi)部打洞到目的地(“蟲洞”概念的由來)。人們還說驢子也是二維生物,因為驢子理解不了一個滾動的高爾夫球突然不見了是因為掉進(jìn)球洞了。
實際上不管是螞蟻、蟲子和驢子它們都是三維生物,把驢子從嘴到屁股鋸開得到的驢子的剖面圖就是一頭二維驢子,
圖中可以看到從驢嘴、食道、腸子到肛門的通路把驢子一分為二,這頭驢活不了,因此這樣的二維驢子是不存在的。即使我們不用切割驢子這樣殘忍的方法得到二維驢子,我們用投影這樣文明的方法得到生活在曲面上的“扁片生物”,也實在不那么象樣。
梅比烏斯圈和萊因瓶號稱只有一個二維面,但實際上卻占據(jù)了三維空間,它們只不過是空間幾何拓?fù)洹?br/>
總之,點(零維)、線(一維)、面(二維)只存在于數(shù)學(xué)概念中和紙張中(實際上紙張也有厚度),它們不是物質(zhì),也不會成為物質(zhì)。任何被稱為宇宙物質(zhì)的東西都只能是三維的。所謂“高維”的東西只是體現(xiàn)了空間的復(fù)雜性和相對性,骨子里仍然是三維的。按照愛因斯坦的相對論,時間和空間都具有相對意義而沒有絕對意義,相對于運動速度不同的參考系,時空是不同的,宇宙因為有限和大質(zhì)量物體導(dǎo)致時空是彎曲的,局部上也是不均勻的。時空是這樣的復(fù)雜的,以至于讓人總是懷疑空間存在“多維”,實際上宇宙間并不存在什么高維空間,有的只是復(fù)雜的空間。
首先要明白幾維空間這一概念,以人類目前科技來講,一維沒什么好說的,單純的一點 。
二維類似于書中的插畫這種存在,有長度寬度,但沒有高度,是以線展開的,三維就是我們?nèi)祟惉F(xiàn)在世界,長寬高,也可以叫長厚胖 (⊙o⊙)三個因素,只要再添一因素便能成為四維世界,大多數(shù)人都認(rèn)同的因素為時間這一因素,或者說我們現(xiàn)在處于一個偽四維空間中,因為時間在我們現(xiàn)在的世界是的確存在的,但我們并不能掌握它,比如回到過去,穿越未來等等。
舉個例子,你們便能清楚的明白幾維空間這一理論,比如在二維空間里,有面無限長度的墻擋住了你前進(jìn)的方向,可是你沒有辦法越過它,因為面對這面墻在二維世界里你只能繞過它,無法跨過,因為不存在高度,相當(dāng)于你跟本無法越過這墻,但是在三維空間里就很容易了,直接跨過去就好了,四維空間里則更容易,因為四維空間里有時間這一因素,所以我們可以穿越到這面墻產(chǎn)生之前,直接過去,便可以了。
從這個例子我們可以發(fā)現(xiàn)每相差一維,那便是無法超越的鴻溝,宇宙為幾維?我們現(xiàn)在并不知,但是從形態(tài)上來講,目前只有長寬高這三個因素,時間為四維,意識為五維,目前人類所能想象且有依據(jù)的最高維度為五維,類似于玄幻世界,可以修煉元神,靈魂出竅那種,但有科學(xué)家認(rèn)為最高維度空間為七維,當(dāng)然,這誰知道呢,或許到那個時候,生命都不是以肉體形式存在了。
所以這觀點很明顯,高維空間必然存在,就像我們?nèi)祟愂澜缰诙S畫中世界,突然細(xì)思極恐,或許二維世界也有生命存在???????
這個問題現(xiàn)在誰也答不上來,因為沒有任何證據(jù)顯示宇宙確實存在高維空間,如果有人說他能回答,那也是臆測。
最初提出高維空間的猜想是由于在廣義相對論的引力場方程里,度規(guī)張量可以任意設(shè)置空間維度,所以就有個閑得無聊的數(shù)學(xué)家卡魯扎在度規(guī)張量里增加一個維度,形成一個五維時空,此時引力場方程就會在原有基礎(chǔ)上多出一組方程組,多出的方程組完全等價于麥克斯韋方程組,所以他成功在五維時空下統(tǒng)一了廣義相對論和麥克斯韋電磁理論。后來克萊因用維度蜷曲解釋了第五維的存在形式,所以后來把這個理論稱為卡魯扎-克萊因理論。
后來從弦理論開始,升維行動更是一發(fā)不可收拾,一度把時空維度增加到26維。。。。隨著超對稱性理論的加入,時空維度回落到10維,然后M理論又升到11維,現(xiàn)在基本上穩(wěn)定下來了。
但這些額外增加的維度有根據(jù)嗎?當(dāng)然是有的,因為他們是通過計算得到的。。。。那我們能發(fā)現(xiàn)這些維度嗎?不好意思,不能。。。。不能這個結(jié)果也是計算得到的_(:D)∠)_。。。。這些多出的維度蜷縮在普朗克長度下的卡拉比丘空間內(nèi),目前理論上沒有任何方式探測它們,驗證弦理論所需的能量超過人類能制造的所有能量。。。。這是計算得到的。。。。
M理論包含了所有的關(guān)于維度的理論,五種流行的超弦理論的結(jié)合,提出宇宙是11維的,其他維度蜷縮在很小的尺度之內(nèi)。
M理論最初是想把自然界的四大基本力全部都綜合起來,用一種規(guī)律來說明電磁力、強(qiáng)、弱相互作用力與引力,如果真的完成了,那么就是萬物終極理論了。
如今廣義相對論與量子理論不相容,如果能夠在新的模型之內(nèi)將它們倆融合起來,物理學(xué)就將跨越一大步,也就摸到了高維的端倪。
宇宙中是否存在真正的高維空間?
說不準(zhǔn),但一些物理學(xué)家相信存在高維度空間。在平時看到的小說《三體》中、科幻電影《星際穿越》中都有高維空間的影子。
對于宇宙,人類了解的還只是表象、冰山一角,還可能有更多的未知在等待著人們。
目前的M理論被束之高閣,因為沒有辦法去驗證它。人們對于引力的了解還很淺,雖知道了萬物皆有引力,物質(zhì)彎曲空間產(chǎn)生引力,但對于引力究竟是怎樣傳遞的,量子力學(xué)中有不同的解釋。
我個人傾向于相信宇宙中存在高維空間,你們呢?
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宇宙中是否真正存在高維空間?
超弦理論并不是認(rèn)為宇宙中存在高維空間,而是認(rèn)為宇宙本身就是包含了高維空間,只不過更高維度都蜷曲在微觀世界中,我們無法窺探其中而已!
弦理論認(rèn)為物質(zhì)并非是各種粒子組成的,而是一根根很小的弦,而基本粒子則是由弦的不同振動和運動所產(chǎn)生!而從上世紀(jì)九十年代發(fā)展起來的超弦理論一個分支\"M理論\"更是認(rèn)為宇宙是十一維的,由震動的平面構(gòu)成,而我們看到的宇宙就是愛因斯坦相對論框架內(nèi)的宇宙觀,現(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為還有剩下的七個維度是我們無法察覺到的!
而《三體》中的質(zhì)子低維展開也是以此為理論基礎(chǔ)的,一個質(zhì)子所包含的空間甚至比地球都還要大,但蜷曲起來它的大小就只有1.7×10^(?15) M,假如我們能窺探到更高的維度空間并且將其利用的話,也許我們未來的所電子設(shè)備都可以微型化,甚至看不到.......
當(dāng)然以我們現(xiàn)在的技術(shù),我們是無法驗證到底有幾個維度的,甚至四維都不可以,我們在維度的認(rèn)識上是非常淺薄的,基本上可以這樣說,從牛頓的經(jīng)典物理宇宙觀到愛因斯坦的相對論宇宙觀這是一個極其偉大的進(jìn)步,但從愛因斯坦之后,盡管有各種理論來解釋我們的時空,但從來沒有一個理論可以被驗證和普遍被科學(xué)界接受,可能它需要時間,也有可能更需要大神的進(jìn)一步推動!
就如上圖,STOP的位置就是我們止步不前的位置,再往下我們就沒有技術(shù)去驗證了,也許認(rèn)識廣袤宇宙的另一個角度就是從微觀世界,或許您認(rèn)為這似乎與遙遠(yuǎn)宇宙的似乎反其道而行,但如果不理解維度的構(gòu)成我們就無法透徹理解真正的宇宙,即使我們透徹了解三維的宇宙又如何?
我常想,我們就像生活在池塘里自鳴得意的魚,我們一生都在自己的池子里生活,以為宇宙只包含熟悉可見的東西。我們自以為是的拒絕超出我們想象之外的或者檢驗不到的東西存在。本文以類比方式提出高維空間可能存在,然后借鑒科學(xué)文獻(xiàn)探討其可能性以及對未來的一點展望。
關(guān)鍵詞:超維空間理論 卡魯扎-克萊因理論 平面國M理論 高維統(tǒng)一
㈠ 論文緣由
從小我們就被告知:兩點之間,直線最短。但愛因斯坦的相對論告訴我們,兩點之間,最短的是測地線。就如對蘋果表面上的蟲子來說,兩點之間最短的是沿蘋果面的曲線。這是。所處緯度不同所造成的不同結(jié)果。對“平面國”的人來說,直線肯定是最短的,上升到三維的空間,最短的就變成了測地線。對于生活在池塘中的魚兒來說,整個池塘就是他們眼中整個世界,如果我們把其中一條魚從水中拿出(為方便表述記為A),對其他魚兒來說,A莫名其妙的就消失了,無從尋找。把A再放回池塘,他可能像其他魚兒描述:“突然之間,我就被拉出我們的宇宙,進(jìn)入了一個神奇的世界,最奇怪的是,那個抓我的怪物一點也不像魚.更為甚者無論如何也看不到它的鰭,但是沒有鰭它還能夠運動。我感覺到熟悉的自然規(guī)律不再適合于這個神奇的世界。隨后,我發(fā)現(xiàn)自己突然又被扔回到了咋們的世界。”當(dāng)然,對大多數(shù)魚而言,這純粹是胡說八道,沒有一點科學(xué)依據(jù)。
我常想,我們就想生活在池塘里自鳴得意的魚,我們一生都在自己的池子里生活,以為宇宙只包含熟悉可見的東西。我們自以為是的拒絕超出我們想象之外的或者檢驗不到的東西存在。此后我一直對之類的東西感興趣,像百慕大三角神秘失蹤的船,二戰(zhàn)期間莫名消失又出現(xiàn)在另一個區(qū)域的飛機(jī),UFO的存在,是不是都涉及到更高維度空間的存在,而這是我們目前所不能證明的。
㈡ 假說論證
目前的理論學(xué)說多數(shù)采用“假設(shè)正確式”。即假設(shè)該學(xué)說是正確的,會有什么樣的結(jié)果與之適應(yīng),又能解釋什么樣的神奇現(xiàn)象。超空間理論已經(jīng)不可逆轉(zhuǎn)的改變了現(xiàn)代物理學(xué)的科學(xué)面貌,科學(xué)文獻(xiàn)中產(chǎn)生了數(shù)量大的驚人地研究論文。弗羅因德是早期超維空間理論工作者之一,他強(qiáng)調(diào),自然規(guī)律在高維空間表述是會變的更為簡單和優(yōu)美。高維空間是自然規(guī)律的天然棲息地。光和引力的定律在高維時空找到了一種天然表述。統(tǒng)一自然規(guī)律的關(guān)鍵步驟是增加時空的維數(shù),從而能合理的安排越來越多的力。在更高維中,我們有足夠的空間來統(tǒng)一所有已知的物理力?斣诮o愛因斯坦的信中提到宇宙的空間結(jié)構(gòu)可能不只有我們尋常感覺到的三維。1926年,瑞典數(shù)學(xué)家克萊因把理論更具體化:我們宇宙的結(jié)構(gòu)既有延展的維,也有卷縮的維。并且,卷縮的維可能小到普朗克長度,是實驗遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到的。這就是卡魯扎-克萊因理論。
光是粒子還是波的爭論持續(xù)了很久時間,目前大家所認(rèn)同的是,光具有波粒二象性。而德布羅意的論文告訴我們,物質(zhì)都具有波粒二象性,只是在不同的情形下觀測到不同的性質(zhì)。就像一個大很大的足球,(假設(shè)它每一個方塊都不同)我們每個人只能見到一部分的“事實”,有人說這個東西是白的,另一個人則說他是黑的,因為所見到的的確是這樣,這時只能由站在高空能俯視足球的人來評判,兩人都是對的,因為緯度不同而結(jié)果有偏差。1884年,倫敦公學(xué)校長、牧師艾伯特(Edwin Abbot)寫了一部小說《平面國-正方形在多維中的傳奇故事》。小說的主人公是正方形先生,一個生活在二維國等級社會中的守舊紳士,二維國的每一個人都是幾何體。女人是社會階層中最低等的,她們只是線條,貴族們是多邊形,主教們是圓圈。討論第三維是不被允許的,凡是提到第三維的人都被判以嚴(yán)厲的懲罰。正方向先生是一個自滿而又自以為公正的人。有一天,一位球面勛爵拜訪了他,從此以后,他的生活就發(fā)生了翻天覆地的變化。球面勛爵是一個三維的球,可是對正方形先生來說,他卻是一個能魔術(shù)般改變大小的圓圈。球面勛爵耐心的向正方形先生解釋他來自另一個被稱作空間國的地方,然而這是荒誕不羈的。無奈,勛爵只好把正方形先生剝離平面國,扔到空間國。對他而言,人看起來就像是一個非常丑陋而恐怖的物體。首先,他可能看到兩個皮圈在他面前盤旋(我們的鞋),當(dāng)他飄上去時,這兩個圈改變了顏色并且轉(zhuǎn)變了布料。然后這兩個圈合并成了一個圈(我們的腰),接著又分裂成了三個布圈而求又一次改變了顏色(我們的襯衫和胳膊)。當(dāng)他繼續(xù)往上飄時,這三個布圈合并為一個較小的肉圈(我們的頸和頭),最后,這個肉全變成了一片毛發(fā),接著一切都消失了。對正方形先生而言,這些神秘的“人”是可怕有費解的復(fù)雜物的結(jié)合體,這些復(fù)雜物有一些皮革、布料、肉和毛發(fā)組成的不斷變化的圈圈。類似的,如果我們被剝離我們的三維世界進(jìn)入更高維中,我們會發(fā)現(xiàn)我們的常識變得沒用了。當(dāng)我們飄浮通過第四維時,一團(tuán)團(tuán)黑乎乎的東西出現(xiàn)在我們的眼前。他們不斷的改變這顏色,形狀和大小,不服從我們?nèi)S世界中的所有邏輯規(guī)則。他們消失的無影無蹤,被別的盤旋著的團(tuán)塊所代替。
所以,我有理由相信,存在更高的維度,能夠全面的解釋物質(zhì)的波粒二象。
超時空理論在擱置了許久以后,以弦理論的全新面貌出現(xiàn)在視界。
弦理論(stringtheory),即弦論,是理論物理學(xué)上的一門學(xué)說。弦論的一個基本觀點就是,自然界的基本單元不是電子、光子、中微子和夸克之類的粒子。這些看起來像粒子的東西實際上都是很小很小的弦的閉合圈(稱為閉合弦或閉弦),閉弦的不同振動和運動就產(chǎn)生出各種不同的基本粒子。盡管弦論中的弦尺度非常小,但操控它們性質(zhì)的基本原理預(yù)言,存在著幾種尺度較大的薄膜狀物體,后者被簡稱為\"膜\".直觀的說,我們所處的宇宙空間也許就是九維空間中的三維膜。弦論是現(xiàn)在最有希望將自然界的基本粒子和四種相互作用力統(tǒng)一起來的理論。弦理論的雛形是在1968年由Gabriele Veneziano發(fā)現(xiàn)。他原本是要找能描述原子核內(nèi)的強(qiáng)作用力的數(shù)學(xué)公式,然后在一本老舊的數(shù)學(xué)書里找到了有200年之久的歐拉公式(Euler's Function),這公式能夠成功的描述他所要求解的強(qiáng)作用力。然而進(jìn)一步將這公式理解為一小段類似橡皮筋那樣可扭曲抖動的有彈性的“線段”卻是在不久后由 LeonardSusskind(李奧納特·蘇士侃)所發(fā)現(xiàn),這在日后則發(fā)展出“弦理論”。
從1984年起,人們認(rèn)定10維時空是最佳選擇,10維時空的弦論替代了11維時空的超引力理論。曾流行過五種弦論,其不同在于未破缺的超對稱性荷的數(shù)目,以及所帶有的規(guī)范群。在10維時空中,最小的旋量具有16個實分量,有三種弦論的守恒超荷恰巧對應(yīng)于這種情況,它們是類型Ⅰ、雜優(yōu)弦HE和HO。其余兩種弦論含有2個旋量超荷,稱為類型Ⅱ弦。其中,類型ⅡA的旋量具有相對的手征性,類型ⅡB的旋量具有相同的手征性。HE和HO二種雜優(yōu)弦,分別帶有E8×E8規(guī)范群和SO(32)規(guī)范群。類型Ⅰ弦也具有SO(32)規(guī)范群,它是開弦,而其余的4種弦是閉弦。重要的是,它們都是反常自由的,即弦論提供了一種與量子力學(xué)相容的引力理論。在這些理論中,HE弦至少在原則上能解釋所有已知粒子和力的性質(zhì),當(dāng)然也包括手征性在內(nèi)。
然而,弦論絕非美輪美奐,至少可從四方面對它詰難。首先,人們本將弦論當(dāng)作物理統(tǒng)一理論來追尋,它的五種不同理論卻又給出了五種不同的宇宙,若人類生活在其中的一種宇宙之中,那么其余四種理論描述的宇宙,又是何等樣的生物居住其中呢?其次,若將粒子看作弦,那為什么不將它們看作膜,抑或看作p維客體——胚(brane)呢?再者,關(guān)于弦論的實驗驗證,傳統(tǒng)的粒子加速器方法,顯然受到技術(shù)和經(jīng)費兩方面限制,然而新的方法又在何處?最后,超對稱性容許時空的最大維數(shù)是11維,為什么弦論只到10維就戛然而止了呢?余下的那一維是逃逸了,還是隱藏起來了呢?
歷史真會開玩笑,在人們讓11維“見鬼”十年之后,1994年開始了弦論的第二次革命。此后,五種不同的弦論在本質(zhì)上被證明是等價的,它們可以從11維時空的M理論導(dǎo)出。經(jīng)歷了十年艱苦卓絕的辛勞,人們居然又回到了原來的時空維數(shù),否定之否定實在是條奧妙的哲理。
M理論是為“物理的終極理論”而提議的理論,希望能藉由單一個理論來解釋所有物質(zhì)與能源的本質(zhì)與交互關(guān)系。其結(jié)合了所有超弦理論(共五種)和十一維的超引力理論威滕說:“M在這里可以代表魔術(shù)(magic)、神秘(mystery)或膜(membrane),依你所好而定。”施瓦茨則提醒大家注意,M還代表矩陣(matrix)。
在圍棋游戲中,只有圍與不圍這樣很少的幾條規(guī)則,加上黑白兩色棋子,卻可以弈出千變?nèi)f化的對局。與此相似,現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)為,自然界由很少的幾條規(guī)則支配,而存在著無限多種這些支配規(guī)律容許的狀態(tài)和結(jié)構(gòu)。任何尚未發(fā)現(xiàn)的力,必將是極微弱的,或其效應(yīng)將受到強(qiáng)烈的限制。這些效應(yīng),要么被限制在極短的距離內(nèi),要么只對極其特殊的客體起作用。
科學(xué)家非常自信地認(rèn)為,他們發(fā)現(xiàn)了所有的力,并沒有什么遺漏。但是,在描述這些力的規(guī)律時,他們卻缺乏同樣的自信。20世紀(jì)科學(xué)的兩大支柱——量子力學(xué)和廣義相對論——居然是不相容的。廣義相對論在微觀尺度上違背了量子力學(xué)的規(guī)則;而黑洞則在另一極端尺度上向量子力學(xué)自身的基礎(chǔ)挑戰(zhàn)。面對這一困境,與其說物理學(xué)不再輝煌,還不如說這預(yù)示著一場新的革命。
薩拉姆(A.Salam)和溫伯格(S.Weinberg)的弱電統(tǒng)一理論,把分別描述電磁力和弱力的兩條規(guī)律,簡化為一條規(guī)律。而M理論的最終目標(biāo),是要用一條規(guī)律來描述已知的所有力(電磁力、弱力、強(qiáng)力、引力)。當(dāng)前,有利于M理論的證據(jù)與日俱增,已取得令人振奮的進(jìn)展。M理論成功的標(biāo)志,在于讓量子力學(xué)與廣義相對論在新的理論框架中相容起來。
同弦論一樣,M理論的關(guān)鍵概念是超對稱性。所謂超對稱性,是指玻色子和費米子之間的對稱性。玻色子是以印度加爾各答大學(xué)物理學(xué)家玻色(S.N.Bose)的名字命名的;費米子是以建議實施曼哈頓工程的物理學(xué)家費米(E.Fermi)的名字命名的。玻色子具有整數(shù)自旋,而費米子具有半整數(shù)自旋。相對論性量子理論預(yù)言,粒子自旋與其統(tǒng)計性質(zhì)之間存在某種聯(lián)系,這一預(yù)言已在自然界中得到令人驚嘆的證實。
在超對稱物理中,所有粒子都有自己的超對稱伙伴。它們有與原來粒子完全相同的量子數(shù)(色、電荷、重子數(shù)、輕子數(shù)等)。玻色子的超伙伴必定是費米子;費米子的超伙伴必定是玻色子。盡管尚未找到超對稱伙伴存在的確切證據(jù),但理論家仍堅信它的存在。他們認(rèn)為,由于超對稱是自發(fā)破缺的,超伙伴粒子的質(zhì)量必定比原來粒子的大很多,所以才無法在現(xiàn)有的加速器中探測到它的存在。
局部超對稱性,還提供將引力也納入物理統(tǒng)一理論的新途徑。愛因斯坦廣義相對論,是根據(jù)廣義時空坐標(biāo)變換下的某些要求導(dǎo)出來的。在超對稱時空坐標(biāo)變換下,局部超對稱性則預(yù)言存在“超引力”。在超引力理論中,引力相互作用由一種自旋為2的玻色子(引力子)來傳遞;而引力子的超伙伴,是自旋為3/2的費米子(引力微子),它傳遞一種短程的相互作用。
㈢ 未來展望
“超空間發(fā)動機(jī)”稱,如果能由“超空間發(fā)動機(jī)”創(chuàng)造一個足夠強(qiáng)大的磁場或重力場,那么身處其間的物體(如太空船)就將“進(jìn)入”另一個完全不同的“多維空間”。而在“多維空間”中,光速將比目前的快許多倍,從而太空船也將以“難以置信的高速”飛行。當(dāng)飛行結(jié)束、關(guān)掉“超空間發(fā)動機(jī)”所創(chuàng)造的磁場后,太空船就會回到原三維空間。發(fā)動機(jī)通過強(qiáng)大的磁場扭曲空間形成一個能量漩渦里面是一個多維空間,物體進(jìn)行“空間跳躍”。 然后在關(guān)閉發(fā)動機(jī)能量漩渦就會消失,物體就會回到原空間,就實現(xiàn)了超時空 。
超弦理論告訴我們宇宙在大爆炸之后分為四維世界和六維世界。除了我們尋?梢姷娜S世界,其他都卷縮在很小的尺度上。我們生活在三維之中,見到的,想到的也只是三維的理論基礎(chǔ)。假設(shè)其他維上有生命存在,“放大視野”,我們可能會發(fā)現(xiàn)與我們?nèi)酥煌纳螒B(tài),交流語言甚至是文化。他們的運動可能也被局限于某一個尺度上,只能左右,上下,或深淺。就像我們把馬叫馬,指鹿為鹿。我們可能看待白馬都一個樣子,狗狗只能“旺旺”大叫,殊不知對他們而言,馬1和馬2差別很大,旺旺也能是“你好”、“你吃飯了嗎”的表達(dá)。我們常常習(xí)慣于以我們的思維去理解萬物,但可能我們的思維恰恰被三維所限制,或許打開卷縮的維,就能直至宇宙本質(zhì),建立大統(tǒng)一。
但是,“子非魚,安知魚之樂!被蛟S,只有身入高維才能真正見到高維的面目。
參考文獻(xiàn):
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[4] M理論【專題】霍金:讓思想在宇宙的最深處飛翔.北方網(wǎng)
http://tech.enorth.com.cn/system/2002/08/25/000404325.shtml 2002年8月
[5] 超空間 百度百科 http://baike.baidu.com/view/776647.htm 2012年3月25日
Highdimensional space is there
Abstract: I often think, we want to live in sing one's own praisesthe fish in the pond, all in their own pool of life, thought that the universecontains only familiar with a visible thing. We refuse to be opinionated thanwe imagined or test the things there. In this paper, by way of analogy presentedhigh dimensional space may exist, and then learn from scientific literatureexploring its possibilities as well as to the future of a prospect.
Key word: Chaowei space theory; Stephan Kaluza Klein theory; Flatcountry; M theory; High dimension unity
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